Servizio di progettazione motori
Dal rendimento magnetico al rendimento del motore: progettazione e ottimizzazione integrate
ISO 9001
IATF 16949
ISO 14001
ISO 45001
REACH
RoHS
Dalle esigenze alla validazione: cinque passi per completare la progettazione di un motore
Le prestazioni dei motori sono spesso determinate dalla precisione del loro design del circuito magnetico. Partiamo dalle esigenze della vostra applicazione e gestiamo l’intero processo, dalla selezione dei materiali e la simulazione con l’analisi dei flussi fluidi (FEA) fino alla prototipazione e alla validazione, garantendo che ogni progetto di motore sia completamente verificato prima della produzione.
01
Inserimento dei dati di candidatura
Definite il ciclo di lavoro del motore, la gamma di velocità, i requisiti di coppia, i limiti termici e gli obiettivi di costo.
02
Conferma della linea di base
Definire una linea di base delle prestazioni in base a sette parametri chiave, tra cui i parametri a vuoto, il torque di scorrimento, le prestazioni di carico e il flusso dell’aria tra i cuscinetti.
03
Ridisegno
Ottimizzare il circuito magnetico, regolare la selezione della gradazione e i pattern di magnetizzazione e migliorare le prestazioni complessive del sistema in base alla linea di base stabilita.
04
Prototipazione magnetica
Produere prototipi magnetici basati sulla progettazione ottimizzata per verificare la fattibilità della produzione e la coerenza delle prestazioni.
05
Valutazione del motore campione
Assemblare i magneti nei motori campione e effettuare test di funzionalità completi per confermare la conformità alle esigenze di produzione.
Perché stabilire prima una linea di base?
Ottimizzare senza una base di riferimento equivale a navigare senza una mappa. La conferma della base di riferimento fornisce un percorso misurabile che va da “dove siamo” a “dove vogliamo arrivare”, evitando sia un design eccessivo (spesa sprecata) che un design insufficiente (rischio di prestazioni). Ogni decisione di ottimizzazione si basa su dati misurati, non su ipotesi.
| Metric | Descrizione |
|---|---|
01Parametri senza carico |
Velocità a vuoto, corrente a vuoto e costante di EMF retrogrado – che definiscono il profilo di prestazioni fondamentale del motore. |
02Rotazione del carrello |
Motore a rotore bloccato — valutazione della capacità di avvio del motore a zero velocità. |
03Torsione della manovella |
Le ondulazioni del momento angolare causate dagli effetti di scorrimento — che incidono direttamente sulla fluidità a basse velocità e sulle prestazioni di NVH. |
04Prestazioni di carico |
Velocità, portata, efficienza e aumento della temperatura sotto carico nominale – per validare il comportamento operativo nel mondo reale. |
05Airgap Flux |
Distribuzione della densità di flusso dell'airgap: influenza direttamente la densità del momento di torsione e l'utilizzo del materiale. |
06Dimensioni fisiche |
L'altezza dello stack, la lunghezza dell'gap aerodinamico, le dimensioni del magnete — sono tutti parametri geometrici fondamentali. |
07Peso del materiale |
Il peso dei magneti, il peso del rame e il peso dell'acciaio – fattori che incidono direttamente sui costi della BOM. |
Ridisegno: dal concetto di "Buonissimo" a quello di "Ottimizzato"
Due percorsi di ottimizzazione a base di due core
Una volta stabilita la base di riferimento, riequilibriamo sistematicamente le prestazioni, i costi e la manovrabilità, attraverso una selezione accurata dei materiali e un’ottimizzazione strutturale, senza alterare l’interfaccia esterna del motore.
Percorso 1
Sviluppo di materiali magnetici
Riempronta i materiali magnetici più adatti all'interno delle famiglie di qualità esistenti o sviluppa qualità personalizzate per soddisfare gli obiettivi di prestazioni. Regolando le combinazioni di Br, Hcj e BHmax, possiamo soddisfare i requisiti di coppia e velocità, controllando al contempo i costi.
Risultato
Riduzione del 10-20% dei costi dei magneti, o aumento del 5-15% della densità di coppia, con lo stesso costo.
Percorso 2
Ottimizzazione della geometria magnetica e della produzione
Ridurre il torque di torsione e le variazioni di torque ottimizzando la segmentazione dei magneti, la geometria delle fasature, la direzione della magnetizzazione e gli spazi tra componenti durante la fase di assemblaggio, valutando al contempo la fattibilità della produzione e la complessità del processo.
Risultato
Riduzione del 30-50% delle oscillazioni del torque, o il rendimento di montaggio è migliorato fino a 98%+.
Valutazione della simulazione: ottimizzazione misurabile e tracciabile
Ogni iterazione di riprogettazione viene verificata tramite simulazioni elettro-magnetiche per garantire che i miglioramenti delle prestazioni siano quantificabili e ripetibili. Di seguito sono riportate le comparazioni tipiche dei dati delle simulazioni da casi di ottimizzazione rappresentativi.
Grafico 1
Curvature velocità/corrente vs. coppia
Cos'è che questo vi dice
L'asse orizzontale rappresenta il torque; l'asse verticale rappresenta la velocità e la corrente. Queste curve mostrano quanto bene il motore mantiene la velocità e controlla la corrente in presenza di carichi variabili — una curva più piatta indica una migliore conservazione della velocità e una maggiore regolarità del flusso di corrente in presenza di carichi elevati.
Grafico 2
Curve di efficienza/potenza di uscita vs. coppia
Cos'è che questo vi dice
L'asse orizzontale rappresenta il torque; l'asse verticale rappresenta l'efficienza e la potenza di uscita. Il picco di ogni curva indica la gamma operativa ottimale del motore: più elevato e ampio è il picco, più ampio è il range di carico su cui il motore mantiene un'elevata efficienza.
Benchmark vs. Redesign
Con la stessa potenza di uscita, il nuovo design ha ottenuto circa 8% aumenti di velocità e 12% riduzioni del consumo di corrente, con conseguente maggiore efficienza e minore aumento della temperatura.
Benchmark vs. Redesign
Il Redesign ha migliorato l'efficienza massima da 85% a 91% e ha ampliato la gamma di efficienza elevata (>85%) di circa il 20%.
Grafico 3
Grafico di contorno della flussività senza carico FEA
Cos'è che questo vi dice
I colori dal rosso al blu rappresentano la densità del flusso da alta a bassa. Le regioni rosse (denti e gap aerodinamico) indicano aree di flusso concentrato, che sono fondamentali per la generazione di coppia. Le regioni blu (fori e giogo) contribuiscono meno alla coppia.
Grafico 4
Connessione di flusso-ciclo di corrente
Cos'è che questo vi dice
L'area delimitata dalla loop rappresenta la perdita di assorbimento termico: maggiore è l'area della loop, maggiori sono le perdite. Lo stato ideale è quello di minimizzare l'area della loop.
Ottimizzazione Insight
Nel nuovo design, le zone rosse sono più concentrate sui denti e distribuite più uniformemente, indicando un utilizzo più efficiente del flusso e una maggiore densità di coppia.
Ottimizzazione Insight
Il Redesign ha consentito di ottenere circa il 25% di area di loop più piccola rispetto al benchmark, con conseguente riduzione della perdita di ferro e un aumento dell’efficienza.
Dal simulazione all'hardware: sei passi per la prototipazione magnetica
La simulazione da sola non è sufficiente: ogni ottimizzazione deve essere verificata con l'utilizzo di hardware fisico. Il nostro processo di prototipazione copre l'intera catena, dal design dei circuiti magnetici fino ai test a livello di sistema, garantendo che ogni iterazione progettuale possa essere realizzata accuratamente e verificata con precisione.
①
FEA Design
Finalizzare la geometria del magnete e il modello di magnetizzazione in base ai risultati della simulazione.
②
Magnetizzazione virtuale
Simulare il processo di magnetizzazione per prevedere la distribuzione del flusso e i risultati del campo superficiale.
③
Valutazione del motore
Assemblare i magneti nei motori campione e verificare il rapporto coppia/velocità e l’efficienza.
④
Progettazione meccanica
Progetta l'interfaccia magnete-rotore e il metodo di assemblaggio per garantire la fattibilità della produzione.
⑤
Assemblaggio del dispositivo di magnetizzazione
Costruire dispositivi dedicati per garantire la coerenza e l'accuratezza della magnetizzazione volumetrica.
⑥
Test di livello di sistema
Eseguire test di performance completi su motori campione per verificare che gli obiettivi di ottimizzazione siano stati raggiunti.
La nostra Toolbox tecnica
Software di simulazione
| Software | Richiesta |
|---|---|
01Ansys Maxwell |
FEA elettromagnetica 2D/3D — ottimizzazione dei circuiti magnetici e analisi della densità di coppia. |
02Motor-CAD |
Analisi elettromagnetica e termica — valutazione dell'accoppiamento tra le diverse discipline. |
03VELOCITÀ |
Progettazione analitica e valutazione rapida delle prestazioni per i motori a magneti permanenti. |
04SolidWorks |
Progettazione meccanica 3D e validazione dell’assemblaggio magnetico. |
Attrezzatura per test e validazione
| Attrezzatura | Richiesta |
|---|---|
01Misuratore dinamometrico |
Misurazione della curva di coppia-velocità-efficienza. |
02BH Tracer |
Misurazione precisa di Br, Hcj, Hcb e BHmax. |
03Fluxmeter |
100% ispezione del flusso e del momento magnetico. |
04Gausmeter |
Distribuzione del campo superficiale e rilevamento dell'angolo magnetico. |
05Camera di temperatura/umidità |
Test di affidabilità ambientale in condizioni estreme. |
Perché scegliere King‑Nd per il vostro progetto di motori?
Non tutti i fornitori di magneti sono in grado di progettare motori. Noi possiamo farlo perché abbiamo capacità di controllo continuo dei materiali, della produzione e della validazione.
①
R&D interno sui materiali
16 brevetti nella tecnologia dei magneti NdFeB riguardano la perfezione del grano, la diffusione delle fasce di grano e tecnologie prive di terre rare pesanti, consentendo di raggiungere gli obiettivi di prestazioni dei motori a partire dal livello del materiale stesso.
②
Produzione a circuito chiuso
La produzione end-to-end, che va dai materiali magnetici ai componenti finiti, significa che le ottimizzazioni non devono attendere le catene di approvvigionamento esterne e i cicli da prototipo a produzione possono essere ridotti di 30% o più giorni.
③
Sistemi di qualità certificati
Le certificazioni ISO 9001, IATF 16949, ISO 14001 e ISO 45001 garantiscono che ogni fase, dalla progettazione alla consegna, rispetti standard documentati e sia completamente tracciabile.
Visualizza le nostre certificazioniLasciate che gli ingegneri di King‑Nd diagnostichino il vostro motore
Inviateci le vostre esigenze di prestazioni del motore o i vostri disegni esistenti. I nostri ingegneri applicativi forniranno le prime raccomandazioni di ottimizzazione entro 48 ore, senza costi né obblighi aggiuntivi.